リニアアクチュエータは、円運動を直線運動に変換できる自立構造システムです。この運動はモーターによって生成され、軸に沿って動き（または力）を伝達します。このように、リニアアクチュエータは円運動を行う従来の電気モーターとは異なる動作原理に基づいています。

リニアアクチュエータとは何かを理解することは、その多様な用途を把握する上で非常に重要です。リニアアクチュエータは、荷物の押し引き、持ち上げ、下げ、傾斜といった動作を実現する上で大いに役立ちます。

リニアアクチュエータは様々な用途に用いられるため、いくつかの種類が存在します。当然のことながら、すべてのリニアアクチュエータが全く同じ目的で使用されるわけではありません。リニアアクチュエータとは何か、そしてその機能についてより深く理解するために、これらのデバイスの一般的な用途をいくつか見ていきましょう。

リニアアクチュエータは何に使用されますか？

リニアアクチュエータの種類はすべて同じではありませんが、いずれも強力な直線運動を生み出します。リニアアクチュエータは、物体やアイテムを直線的に移動させるだけでなく、その動きを高い精度と高速で実現します。

リニア駆動システムは、回転運動を直線運動に変換することで、特定の作業や全体的な生産性において優れた効率性を実現します。ただし、リニア駆動システム内でも、用途に応じて最適なリニアアクチュエータの種類が異なる場合があることに留意することが重要です。

最適な選択は、お客様の具体的なプロセスと搬送対象物によって異なります。リニア駆動システムの要件の細かな点を理解することが、用途に最適なアクチュエータを選択する上で非常に重要です。

高精度リニアアクチュエータの最も一般的な用途は、多軸直交ロボットシステムとの組み合わせです。また、機械の構成要素として組み込むことも一般的です。

主なセクター：

電気式リニアアクチュエータは、あらゆる産業分野で活用できます。小規模な事業でも、毎日大量の資材を移動させる事業でも、どちらにも対応可能です。つまり、どのような事業内容であっても、最適なリニアアクチュエータが必ず見つかるということです。

したがって、以下のリストは決してすべてのセクターを網羅したものではなく、より一般的な例をいくつか挙げたにすぎません。これらのセクターが、制御された正確な直線的な動きから恩恵を受ける理由は明らかです。

1. 産業オートメーション
2. 生産工程におけるサーボ機構とピックアンドプレースシステム
3. 組み立て
4. 梱包およびパレット積み

 

実際、次のようなアプリケーションを考えてみてください。

1. レーザー切断機またはプラズマ切断機
2. 機械加工部品の積み込みと積み下ろし
3. 生産ラインにおける加工センターへの供給
4. または、産業用人型ロボットを外部軸に沿って移動させて、その動作範囲を拡大する。

これらのアプリケーションはすべて、1つ以上のリニアアクチュエータを使用します。使用するリニアアクチュエータの種類は、精度、耐荷重、速度など、さまざまな要因によって異なります。一般的に、違いを生むのは動作伝達方式です。

モーション伝達には主に3つの種類があります。ベルト／ラックアンドピニオン／スクリュー.

適切なアクチュエータを確実に選定するにはどうすればよいでしょうか？新しい用途に取り組む工業デザイナーは、どのような要素を考慮する必要があるのでしょうか？

直線運動ソリューションについて考える際、重要なのは正しい視点から問題を検討することです。具体的には、対象となるアプリケーションを考慮することです。これは、必要な直線アクチュエータの種類を決定する際に常に最優先事項となります。

高精度リニアアクチュエータを選定する際には、期待する性能と結果を明確に定義することが非常に重要です。この詳細な分析は、お客様のニーズに最適な高精度リニアアクチュエータを選定するのに役立ちます。

これらの要素を十分に検討することで、必要な高精度リニアアクチュエータの種類だけでなく、用途において最適な性能を発揮するための具体的な仕様もより的確に特定できるようになります。

この綿密な選定プロセスにより、お客様が選択された高精度リニアアクチュエータは、最高レベルの精度と信頼性で、お客様固有のニーズを満たすことが保証されます。

したがって、まずは必要な動力学、ストローク長、精度について検討することから始めるのが良いでしょう。これらを詳しく見ていきましょう。

高いダイナミクス

多くの工業デザイン分野において、デザイナーの要求にはスピードが不可欠です。通常、サイクルタイムの短縮も含まれます。その好例が包装業界です。包装がより正確かつ迅速であればあるほど、製品の出荷スピードは速くなるからです。

したがって、高いダイナミクスが解決策を定義する際の出発点となることが多いのは、驚くべきことではない。

ベルト駆動は、以下のような理由から、高いダイナミクスが求められる場合に理想的なソリューションとなることが多い。

1. 最大50 m/s²の加速度と、10～12mのストロークで最大5 m/sの速度を実現できます。
2. ベルト駆動軸を備えたXYZポータルは、極めて小さな荷重から約200kgまでの荷重を扱うことができます。
3. 潤滑方式によっては、これらのシステムは特に長いメンテナンス間隔を実現でき、生産の継続性を確保できます。

10～12mを超えるストロークにおいて、高いダイナミクス性能が求められる場合があります。このような場合、ラックアンドピニオン駆動方式のアクチュエータは優れたソリューションとなります。これは、これらのリニアアクチュエータが最大10m/s²の加速度と最大3.5m/sの速度を実現できるためです。しかも、これらの性能は理論上無限のストロークで発揮されます。

ラックアンドピニオン式アクチュエータは、車輪と車軸の概念を実装しています。具体的には、回転する車輪がケーブル、チェーン、またはベルトを動かし、直線運動を生み出します。

別のタイプのアクチュエータを選択しても、同じ結果が得られるとは限りません。例えば、間違いなくはるかに高精度なスクリュー式アクチュエータは、動作速度が遅すぎるでしょう。そのようなアクチュエータでは、長いストロークを扱うことはできません。

スクリューアクチュエータは非常に一般的なツールで、スクリューを回転させて前進させる仕組みになっています。しかし、状況によっては速度に制限がある場合があります。

ロングストローク

直交座標ロボットの典型的なXYZ構成でリニアアクチュエータによって構築されるシステムは、ストロークが長い場合が多い。これは、ピックアンドプレースや送り加工センターなどの用途でよく見られる。これらの長い生産ラインでは、ストロークの長さが数十メートルに達することも珍しくない。

さらに、多くの場合、これらの長いストローク（通常はY軸が関与する）は、非常に重い負荷を扱う役割を担っています。場合によっては、負荷の重量は数百キログラムにも達することがあります。加えて、これらの長いストロークでは、多数の垂直Z軸が独立して動作します。

このような用途では、Y軸にはラックアンドピニオン駆動のアクチュエータが最適です。これは、以下のような様々な要因によるものです。

1. ラックアンドピニオンシステムの剛性のおかげで、理論上無制限のストロークで動作できます。同時に、剛性、精度、効率を維持しながら機能します。
2. 駆動部内部では、誘導焼入れ鋼製ラックを備えたアクチュエータに傾斜歯が設けられています。これらの歯は、循環式ボールベアリングレールまたはプリズムレールに沿って摺動します。
3. 複数のキャリッジを設置し、それぞれに独自のモーターを搭載するオプションにより、多数の独立した垂直Z軸を実現できます。

ベルト駆動システムは、10～12mまでのストロークに最適です。しかし、ボールねじアクチュエータは（長いストロークの場合）、臨界速度によって制限されます。

位置決めの再現性

一方、設計者が最大限の精度を求める場合もあります。例えば、マイクロコンポーネントの組み立てや、特定の医療分野における用途などがこれに該当します。このような場合、明確な選択肢はただ一つ、ボールねじ駆動の直線軸しかありません。

この点において、スクリュー駆動式リニアアクチュエータは最高の性能を発揮します。これは主に、±5μという高い位置決め再現性を実現できるためです。ベルト駆動式アクチュエータやスクリュー駆動式アクチュエータでは、この性能には及びません。ベルト駆動式およびスクリュー駆動式のリニアアクチュエータの最大位置決め再現性は、いずれも±0.05mmです。